Passiver Membrantransport - Prinzip und Mechanismen
Permeabilität
- Permeabilität
- Unter Permeabilität versteht man die Durchlässigkeit einer porösen Barriere für Stoffe.
Von entscheidender Bedeutung für biologische Systeme ist der Durchtritt von Stoffen durch Zellwände und Membranen. Die Permeabilität einer Membran ist durch den Permeabilitätskoeffizienten in charakterisiert und ist umgekehrt proportional zu ihrer Schichtdicke sowie direkt abhängig vom Diffusionskoeffizienten
Das Erste Fick'sche Gesetz gilt zunächst nur für Einphasensysteme. Bei der Diffusion durch eine Membran liegt ein Zweiphasensystem vor. Beim Durchtritt einer Substanz durch die Membran kommt es zum Übergang zwischen einer wässrigen und einer lipophilen Phase. Daher ist die Permeabilität ebenfalls von dem Membran-Wasser-Verteilungskoeffizienten abhängig :
Der Verteilungskoeffizient stellt ein Maß für die Lipophilie eines Stoffes dar. Er gibt an, zu welchen Anteilen sich ein bestimmter Stoff in der Membran und in der wässrigen Phase verteilt. Der Verteilungskoeffizient wird durch den Nernst'schen Verteilungssatz angegeben: mit = Stoffkonzentration in der lipophilen Phase (Membran) und =Stoffkonzentration in der hydrophilen Phase.
Bedeutung der Permeabiltät für biologische Membranen
Eine Membran hat nicht nur die Funktion einer Barriere, sondern auch die eines Filters. Daher sind biologische Membranen semipermeabel .
- Tab.1
- Größenordnung von Permeabilitätskoeffizienten
Substanz | Permeabilitätskoeffizienten in |
---|---|
Natrium-Ionen | |
Chlorid-Ionen | |
Glucose | |
Tryptophan | |
Glycerol | |
Wasser |
Entlang des Konzentrationsgradienten gibt es durch eine Zellmembran drei verschiedene Diffusionsmechanismen:
- Durch einfache Diffusion können nur wenige Stoffe wie Gase oder lipophile Moleküle die Lipiddoppelschicht durchqueren.
- Wasser, bestimmte Ionen und einige meist biologisch relevante Moleküle können aber durch Poren oder Kanäle selektiv in Richtung des Konzentrationsgradienten hindurchdiffundieren.
- Auch größere und/oder polare Moleküle wie Zucker und Aminosäuren, kurze Lipidketten oder kleine Proteine können mit Hilfe spezieller Proteine (Carrier) durch die Membran transportiert werden.
Die beiden letzten Transportarten bezeichnet man als erleichterte Diffusion. Für sehr große Eiweißmoleküle oder polymere Substanzen sind biologische Membranen in der Regel impermeabel.